中科院大連化物所楊學(xué)明院士領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊，近期在二氧化鈦表面光催化產(chǎn)氫研究中獲得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期的《美國化學(xué)會志》。

據(jù)了解，甲醇能提高二氧化鈦光催化分解水的產(chǎn)氫效率，而甲醇本身也能光催化產(chǎn)氫。銳鈦礦(anatase)是由二氧化鈦組成的三種礦物之一，另外兩種是金紅石(rutile)和板鈦礦。目前，科學(xué)家普遍認(rèn)為，銳鈦礦表面的光催化產(chǎn)氫效率要高于金紅石表面，但其產(chǎn)氫反應(yīng)機(jī)理仍未完全明晰。如果能從分子水平上理解二氧化鈦不同表面的產(chǎn)氫機(jī)理，可為發(fā)展高效催化劑提供新思路。

楊學(xué)明團(tuán)隊利用自行研制的基于高靈敏度質(zhì)譜的表面光化學(xué)裝置，系統(tǒng)研究了單分子層甲醇覆蓋的rutile-TiO2(110)表面在紫外光照射后的反應(yīng)動力學(xué)過程。此次他們深入研究了甲醇分子在anatase-TiO2(101)表面的光化學(xué)反應(yīng)。結(jié)果表明，甲醇分子在anatase-TiO2(101)表面的光化學(xué)行為和在rutile-TiO2(110)表面很相似。但是，由于anatase-TiO2(101)表面結(jié)構(gòu)的特異性，橋氧原子比rutile-TiO2(110)表面更穩(wěn)定。在升溫過程中，甲醇解離產(chǎn)生的橋氧氫原子不會奪取橋氧原子生成水從表面脫附出來。分析表明，大約有40%左右的橋氧氫原子以氫氣形式脫附出來，這也解釋了anatase-TiO2(101)表面產(chǎn)氫效率較高的原因。